Taxonomic and phylogenetic beta diversity in headwater stream fish communities of the Paraná and Paraguai River basins

Patterns of species replacement and richness differences along environmental gradients or ecoregions shed light on different ecological and evolutionary mechanisms acting on community structure. Communities of aquatic ecosystems of different watersheds are supposed to host distinct species and lineages. Quantifying and understanding the degree to which these differences are affected by environmental and biogeographical factors remains an open question for these environments, particularly in the Neotropical region. We investigated patterns of taxonomic and phylogenetic composition of headwater streams of the Paraná and Paraguai River basins to understand how local and biogeographical factors affect the assembly of fish communities. We also quantified taxonomic and phylogenetic beta diversity by decomposing them into nestedness and turnover components. We found that local environmental factors are the main factors influencing the composition of stream fish communities. Whereas pH affected both taxonomic and phylogenetic turnover, water velocity was responsible for phylogenetic turnover and pH was the main driver of phylogenetic nestedness. Our results indicate an effect of local environmental factors in determining the structure of headwater stream fish communities through a combination of a species sorting mechanism (water velocity and pH) and phylogenetic habitat filtering (pH).(AU)

Padrões de substituição de espécies ou diferenças de riqueza ao longo de gradientes ambientais ou ecoregiões lançam luz sobre diferentes processos e mecanismos ecológicos atuando na estruturação das comunidades. Supõe-se que comunidades aquáticas pertencentes a diferentes bacias pertençam a linhagens evolutivas distintas. Quantificar e entender o grau em que tais diferenças são resultado de fatores ambientais locais e/ou processos biogeográficos ainda é uma questão pouco explorada. Neste estudo nós investigamos os padrões de composição taxonômica e filogenética em riachos de cabeceira das bacias dos Rios Paraná e Paraguai, para entender como fatores locais e biogeográficos afetam a estruturação das comunidades de peixes. Nós quantificamos a diversidade beta taxonômica e filogenética decompondo estas em aninhamento e substituição. Encontramos que os fatores ambientais locais são os principais determinantes da composição das comunidades de peixes destes riachos. Enquanto o pH afetou tanto a substituição de linhagens e de espécies, a velocidade da água foi responsável por uma substituição de linhagens, enquanto o pH foi o principal responsável pelo aninhamento de linhagens. Nossos resultados indicam a importância dos fatores locais através da combinação entre mecanismos de preferência de nicho (velocidade da água e pH) e filtragem ambiental de linhagens (pH).(AU)

Aquatic Oligochaete Communities in Amazonian Streams, Saracá-Taquera National Forest, Pará, Brazil / Comunidade de oligoquetos aquáticos em riachos amazônicos, Floresta Nacional Saracá-Taquera, Pará, Brasil

Abstract: The aim of this study was to analyze aquatic oligochaete distribution in relation to water column physicochemical variables, structural environmental variation, and predominant substrates in the preserved Amazonian streams of the Saracá-Taquera National Forest (FLONA Saracá-Taquera), northwest Pará, Brazil. Oligochaetes are widely used as bioindicators for monitoring aquatic environments as they are very sensitive to pollution and environmental changes. Physicochemical and structural variables were measured from 100 stream segments in order to understand the distribution of oligochaetes in Amazonian streams. Biotic samples were collected using Surber samplers in three of the most predominant substrate types in each segment. PERMANOVA testing showed that there was a significant difference in the oligochaete community among some substrates, potentially caused by a difference in the abundance of the most common taxa. Canonical Correspondence Analysis showed that physical variables drive the distribution of oligochaetes in preserved Amazonian streams, as they determine the formation of different substrates along the stream, from the source to the mouth; favoring the presence of oligochaetes with more specific ecological needs in low-order streams, and the presence of oligochaetes capable of colonizing various types of substrates and deeper zones in high-order streams. These results suggest that water depth and channel width are the main drivers of aquatic oligochaete distribution along Amazonian streams, determining the formation of unstable and low-quality substrates and, consequently, the low colonization by oligochaetes in high-order streams; and more diverse and stable substrate formation in low-order streams, favoring the colonization by diverse taxa of aquatic oligochaetes in low-order Amazonian streams.

Resumo: O objetivo deste trabalho foi analisar a distribuição da comunidade de oligoquetos em relação às variáveis físico-químicas da coluna da água, variação estrutural do ambiente, e substratos predominantes em riachos amazônicos conservados na FLONA Saracá-Taquera, noroeste do Pará, Brasil. Oligochaetes são amplamente utilizados como bioindicadores para monitoramento de ambientes aquáticos, pois são muito sensíveis à poluição e às mudanças ambientais. Variáveis físico-químicas e estruturais de 100 trechos de riachos foram mensuradas para entender a distribuição de oligoquetos em riachos amazônicos. Amostras bióticas foram coletadas com amostrador Surber em três dos tipos de substratos mais predominantes em cada trecho. A PERMANOVA mostrou que há uma diferença significativa da comunidade de oligoquetos entre alguns substratos, possivelmente baseada nas diferenças no número do táxon mais comum. A Análise de Correspondência Canônica mostrou que as variáveis físicas controlam a distribuição da comunidade de oligoquetos em riachos amazônicos preservados, porque estas variáveis determinam a formação dos diferentes substratos ao longo do riacho, desde a nascente até a foz, favorecendo a presença de oligoquetos com necessidades ecológicas mais específicas em riachos de baixa ordem, e oligoquetos capazes de colonizar diferentes tipos de substrato e zonas mais profundas em riachos de ordem maior. Os resultados deste trabalho sugerem que a profundidade da água e a largura do canal são as variáveis que controlam a distribuição da comunidade de oligoquetos em riachos amazônicos, determinando a formação de substratos instáveis e de baixa qualidade, e consequentemente baixa colonização de oligoquetos, em riachos de ordem maior; e formação de substratos mais diversificados, mais estáveis e de qualidade em riachos de baixa ordem, favorecendo a colonização de diversos taxa de oligoquetos aquáticos em riachos amazônicos de baixa ordem.

Relação entre padrões de uso e ocupação do solo e qualidade da água em uma bacia hidrográfica urbana / Relationship between patterns of use and occupation of soil and water quality in an urban watershed

RESUMO O uso e a ocupação do solo alteram sensivelmente os processos físico-químicos e biológicos dos sistemas naturais. Dessa forma, os mananciais de superfície são integradores dos fenômenos ocorrentes sobre a área da bacia hidrográfica. Assim, os objetivos do trabalho foram explorar a variabilidade temporal e espacial da qualidade da água e avaliar as possíveis relações entre os padrões de uso e ocupação do solo da bacia hidrográfica do Ribeirão Vermelho. Foram coletadas amostras de água em dois períodos (verão e inverno) e em 15 seções ao longo do curso d'água. Verificou-se forte influência temporal e espacial na qualidade das águas, e foram apresentadas no período de inverno as maiores concentrações de nutrientes (Cl-, P, NO3 -), condutividade elétrica e matéria orgânica. Esses valores interferem nos valores do Índice de Qualidade da Água, que varia entre 84 e 9 no período do verão e 66 e 6 no inverno. Quanto à trofia dos mananciais, foram encontrados valores médios de Índice de Estado Trófico de 30 no período chuvoso e de 93 no inverno. No tocante aos padrões de uso do solo, observaram-se fortes relações na qualidade da água nos dois períodos avaliados; a principal fonte de contaminação são as áreas urbanas. O Ribeirão Vermelho e seus afluentes apresentam forte influência das formas de uso e ocupação do solo confirmada pela entrada de matéria orgânica e de nutrientes nos sistemas hídricos por meio do lançamento de esgoto doméstico sem tratamento e pela agropecuária na rede de drenagem da bacia.

ABSTRACT Land use significantly alters the physicochemical and biological processes of natural systems. Thus, surface water sources are integrators of phenomena occurring on the catchment area. In this way, the study aimed to explore the spatial and temporal variability of water quality, and to assess the possible relationships between patterns of land use of the Ribeirão Vermelho basin. Water samples were collected in two periods (summer and winter) and in 15 sections along the watercourse. There has been strong temporal and spatial influence on water quality, and winter period showed the highest nutrient concentrations (Cl-, P, NO3 -), electrical conductivity and organic matter. These values influence the values of the Water Quality Index, ranging from 84 to 9 in the summer period and 66 to 6 in the winter. With respect to trophic conditions of water sources, average values of Trophic State Index of 30 were verified during the rainy season and 93 in winter. Regarding land use patterns, strong relationships in water quality in both periods were observed, the main source of contamination are urban areas. Ribeirão Vermelho and its effluent have shown strong influence of the forms of land use and occupation evidenced by the input organic matter and nutrients in water systems through domestic sewage release untreated and by agriculture in the drainage system of the basin.

Catastrophic shifts in the aquatic primary production revealed by a small low-flow section of tropical downstream after dredging / Mudanças catastróficas na produção primária aquática revelada por uma pequena seção de baixa vazão a jusante de um riacho após dragagem

Abstract Dredging is a catastrophic disturbance that directly affects key biological processes in aquatic ecosystems, especially in those small and shallow. In the tropics, metabolic responses could still be enhanced by the high temperatures and solar incidence. Here, we assessed changes in the aquatic primary production along a small section of low-flow tropical downstream (Imboassica Stream, Brazil) after dredging. Our results suggested that these ecosystems may show catastrophic shifts between net heterotrophy and autotrophy in waters based on three short-term stages following the dredging: (I) a strongly heterotrophic net primary production -NPP- coupled to an intense respiration -R- likely supported by high resuspended organic sediments and nutrients from the bottom; (II) a strongly autotrophic NPP coupled to an intense gross primary production -GPP- favored by the high nutrient levels and low solar light attenuation from suspended solids or aquatic macrophytes; and (III) a NPP near to the equilibrium coupled to low GPP and R rates following, respectively, the shading by aquatic macrophytes and high particulate sedimentation. In conclusion, changes in aquatic primary production could be an important threshold for controlling drastic shifts in the organic matter cycling and the subsequent silting up of small tropical streams after dredging events.

Resumo Dragagem é um distúrbio catastrófico que afeta diretamente processos biológicos chave nos ecossistemas aquáticos, especialmente naqueles pequenos e rasos. Nos trópicos, as respostas metabólicas podem ser ainda mais intensificadas pelas altas temperaturas e incidência solar. No presente estudo, avaliamos mudanças na produção primária aquática ao longo de uma pequena seção de um riacho tropical após uma dragagem (riacho Imboassica, Brasil). Nossos resultados sugeriram que estes ecossistemas podem apresentar mudanças catastróficas desde heterotrofia à autotrofia líquida na água, baseadas em três etapas de curto prazo após a dragagem: (I) uma produção primária líquida -PPL- fortemente heterotrófica associada a uma intensa respiração -R-, provavelmente sustentada por sedimentos orgânicos e nutrientes advindos do fundo; (II) uma PPL fortemente autotrófica associada a uma intensa produção primária bruta -PPB- favorecida pelos elevados níveis de nutrientes e baixa atenuação da luz solar pelos sólidos em suspensão ou macrófitas aquáticas; e (III) uma PPL próxima ao equilíbrio associada às reduzidas taxas de PPB e R seguindo os sombreamento pelas macrófitas aquáticas e elevada sedimentação de particulados. Como conclusão, mudanças na produção primária aquática poderiam ser um importante limiar para controlar drásticas alterações na ciclagem da matéria orgânica e no subsequente assoreamento de pequenos riachos tropicais após eventos de dragagem.